人因工程在民航事故分析中的应用

1、空通管制中人因工程的涵 : 空管中的人为因素是航空人为 因素的重要分支 , 它通过了解人的能力和局限 , 使人与系统 的设计及要求相匹配 , 指导人与系统在要求相互矛盾时正确 处理相互之间的关系 , 从而改善系统的安全性 , 防可能出现 的事故 (Hopkin, 1995) 。 人为因素在航空运输领域研究起源于二战时期 , 英美等国为 了提高空军飞行员基本素质 , 开始开展人员选拔研究 ; 为了 使设计出的飞机能够更好的被飞行员使用, 设计者根据人的特性设计驾驶舱仪表和操纵系统 , 同时还发现了航空雷达兵 在长时间的注视雷达会出现注意警觉性降低, 脱漏信号的现象。在空通管制领域 , 除了对人的

2、感知、注意、信息处理、 判断决策等方面有了较深入研究和广泛的应用外 , 在空管人 员的班组资源管理 (TRM)方面, 1994 年欧洲已做了大量的研 究, 建立和实施了 TRM指南以及基于该指南的训练课程。另 外新航行系统 (CNS/ATM)中的人为因素研究正在进行。由此 可以得出 : 空管中人为因素研究处于初级阶段 , 处于定性研 究阶段 , 定量研究有待进一步加强和深入。国际民航组织指 出 : 国际航空运输安全较以往有了长足的进步, 且维持在一个相对稳定的水平上 , 但由于人为原因所造成的空通事故却 居高不下。因此世界各国正努力对人为因素加以研究和改善 力求在最大程度上减少航空事故的发生。

3、本文对空通管制人 因工程概念和模型进行研究 , 寻求预防和克服飞行事故产生 的方法 , 保障飞行安全 , 提高飞行效益 1 。2 SHEL模型2. 1 SHEL概念模型SHEL模型是 1972 年 Edwards 教授首先提出 2 , 1975 年 经 Hawkins 教授修改而成。如图 1 所示。模型由生命体、硬 件、软件、环境以积木形式组成 ,积木 (界面)间的匹配或不 匹配与积木本身的特征同样重要。不匹配可能成为人为差错 的根源。 SHEL 并不是一个单词 , 而是由软件 ( Software ) 、 硬件 ( Hardware ) 、环境 ( Environ2ment) 、生命体 (L

4、 iveware) 的首写字母所组成。图 1 SHEL模型2. 2 空管工作中与管制员相关的界面分析在SHEL模型中 ,管制员处于模型的中心位置 , 主要研究管制员与飞行员、管 制员人机界面、管制员与环境、管制员与软件相互作用和关 系。在众多的航空事故中 , 绝大部分的事故都与人的因素有 关, 都是由管制员与飞行员或者管制员与硬件、软件和环境 之间引起的。管制员构件不但涉及管制员感知、认知、信息 处理、形势意识和判断决策等自身特性研究而且还涉及管制 员疲劳特性、压力和态度管理、管制员的选拔和训练。管制 员与飞行员之间的关系指在运行状态时 , 管制员之间或飞行 员之间的关系 , 是最关键的界面

5、, 主要涉及通信和机组资源 管理等问题。管制员人机界面指机器设备的布置和设计是否 符合人体测量学和心理学需要。管制员与环境界面指物理环 境和组织环境。物理环境是最早被认识的界面之一。它涉及 工作场所的环境 , 如温度、气压、湿度、光线及噪音等 , 从开 始的让人适应环境到现在的使环境适应人。组织环境, 涉及系统的安全观点 , 组织结构的安全性 , 企业的安全文化等。管 制员与软件的关系包括飞行手册、检查单、飞行程序、计算 机程序、信息程序。2. 3 SHEL模型在民航事故分析中的应用 SHEL模型的核心 问题是人。无论机器的自动化程度怎么高 , 人始终是作业系 统中最重要的主导因素 , 人的不

6、安全因素是引发飞行事故的 主要原因。我国近 10 年来发生的军机和民航客机飞行事故中, 有 70% 80%是由于人为因素造成的 , 人为因素不可替代 的成为我国航空安全的关键因素 , 这也验证了 SHEL 模型应 用于事故分析的科学性。使用 SHEL 模型的四个基本界面可 以定性的分析民航不安全事件的根源, 也可以使用多极模糊综合评价法 , 确定评价因素集 , 请专家对各评价因素给出评 价 , 确定权重 , 然后对系统的安全做出定量评价 , 为管理者有 效管理安全提供有力的参考。3 飞行员决策行为模型如图 2 所示现代飞行员决策判断过程中 , 飞行员经过态度管 理和压力管理以及班组资源管理和风

7、险管理等过程及时对 空通形势进行反馈 , 可以有效避免空通事故的发生 3 。图 2 现代飞行员决策判断过程机组资源管理 (Crew ResourceManagement 简 称 CRM) , 是指有效地利用所有可用资源硬 件、软件和人员来达到安全和有效的飞行操作。 硬件包括驾驶舱自动驾驶仪和其他航空电子 系统; 软件包括各种操作程序、相关的手册、操作 方法; 人员包括驾驶舱外的机组人员 (驾驶员 和乘务人员 ) , 这个外延还在扩大着。机组资源 管理的核心是调动人的主观能动性即机组 的协调配合。机组资源管理具体包括六个方面 : 判断与决 策、危险态度、沟通、领导能力、发扬团队精神、应 付压力。

8、影响机组差错的社会因素包括 : 航班乘 务员、地面勤务、签派、空管、维修等因素。 态度管理 (Attitude Management) 就是对有害 态度进行克服。常见的有害态度包括 : 无视权 威;过分自信 ,急躁;蛮干;放弃;图省事 ;丧失警 惕;爱面子 ;从众等。 紧是人在某种压力环境的作用之下所产 生的一种适应环境的情绪反应。人的紧情绪 的反应可能是适宜的、积极的 , 也可能是不适宜 和消极的。压力管理 ( PressManagement) 就是消 除紧所带来的负面效应 , 高效的完成任务。美 国心理学家耶克斯和多德森发现 , 紧的动机和 绩效水平呈“倒 U 型曲线”。动机过低不能激起

9、工作积极性 , 但过强动机又表现为高度焦虑和紧 , 反而引起动作执行效率的降低 , 这一规律称 之为耶克斯多德森定律。因此应用倒 U 型 理论 , 对管制员和飞行员等相关人员进行压力管 理 , 使他们处在高唤醒水平 , 达到最佳状态 , 高效 完成任务。压力影响因素包括 : 任务类型、人行 为控制级别间的变化、脑力工作量、照明、空中环 境的空间布局和信息组合水平。风险管理 (Risk Management) 是指对风险进 行的决策管理。风险管理的首要步骤是危险评 估 , 即根据空通形势 , 对发生危险的可能性 和后果严重程度对危险进行评估。然后进行风 险评估 , 并决定是否准备接受此风险。如果

10、风险 不能接受 , 那么, 就要消除或减少风险。经过消 除或减轻的风险 ,再进行风险评估 , 直到可以接 受的程度。如果风险无法接受 , 必须取消该运 行, 以避免危险的发生。因此 , 风险管理的目的 就是避免危险发生 , 保障航空安全 4, 5 。 图 2 对飞行员认知决策进行论述 , 但是并没 有考虑人自身的错误机理 ,图 3 航空安全人因可 靠性分析方法 ( The Aviation Safety and Human Re2liability AnalysisMethod ,ASHRAM） 6 ,综合考虑差错背景、差错机理和不安全行为等因素, 既考虑认知的形势意识 , 又考虑人的失误机理

11、 , 是分析飞行员决策行为较好 的理论方法。4 管制员形势意识与决策执行模型 管制员对形势全面准确的掌握是决策的重要前提和依据 , 而 决策是后续行动 （发出指令 ）的基础。图 4 是管制员空中形势 意识与决策执行关系模型图 , 该图示表明了形势意识与决 策、执行行动的关系 7 。影响形势意识、决策和行动的 因素主要包括两个大的方面 : 系统因素和个人因素。系统因 素包括 : 系统的处理能力、任务的复杂性、设备的自动化程 度、系统施加给管制员的压力和工作负荷、管制员和系统之 间交互作用的人机界面设计。个人因素包括: 完成任务的目标、管制员信息处理机理、长期记忆、自动化软件程序、经 验、个人能力

12、和培训等。管制员对形势的了解分为三个层次 : 第一层 次: 对环境中各要素的感知 , 涉及有关要素的状 态、情况、特征性质和动态特性。第二层次: 对当前交通形势的理解 , 指从管制员任务角度 , 对第 一层次中各要素进行综合的基础上 , 所获得的对 形势的理解。第三层次 : 未来形势的预测 , 预测 各要素未来可能的变化和变化后的情况。通过对形势的了解 , 管制员进行决策采取行 动, 再通过反馈 ,使管制员对形势进一步掌控 ,然 后进行决策和行动 , 依此循环下去 , 保障所采取 的行动安全和有效。5 Reason 模型5. 1 Reason 模型的基本原理和构建 英国曼彻斯特大学的森 （Re

13、ason） 教授于 1990 年提出了著名的 Reason模型（ 描述系统安 全状况的层次模型 ） , 如图 5所示 8 。模型表示 事故的发生条件分成四个防护层 : 组织影响、不 安全监督、不安全行为前提和不安全行为。无论 在哪一个层面上 , 都存在着许多缺陷 （ 像是被蛀 蚀的孔 ） 。这是由于对系统各要素认识不足、理 解不透造成的。同时 , 由于系统的动态特性 , 事 物的发展必然带来许多新的问题 , 这也是存在缺 陷原因之一。然而 , 有缺陷并不一定爆发事故 , 只有当缺陷贯穿了各个层面时 , 事故才得以爆 发。同时也说明 ,不爆发事故 , 并不能否认缺陷 已经存在。该模型表明 : 事

14、故的发生通常不是孤 立事件的结果 , 而是多种系统缺陷同时发生的结 果。事故的发生是一系列事件处置不当 , 一环扣 一环, 最终酿成的。事故链理论说明要预防事故 必须从那些影响航空安全的事件出发。5. 2 民航事故的 Reason 模型分析 2002 年 10 月 31日, 新加坡航空公司的一架 民航客机 , 从台北桃园机场起飞飞往美国。当该 机已获得在 05 号左跑道起飞后 , 即实施滑行起 飞, 但是该机却在 05号右跑道开始滑行 ,这是一 条不准使用的正在维修的跑道 , 但似乎可以作为 滑行道使用 , 由于夜色正浓 , 能见度很差 , 当时又 刮着强烈阵风 , 飞机在跑道航行时正好撞上一

15、辆 停在跑道上的工程车 , 造成 83 人死亡。 使用 Reason 模型可以归纳出一个完整的事 故链: 机组、塔台、机场管理失误及恶劣天气是这 起灾难的共同肇事者。机组人员看清标志后发 现走错跑道或即使看不清跑道而不草率起飞 , 及 时向塔台通告情况 , 最终也能起到一定的挽救效 果; 同样,塔台人员及时通过无线电落实飞机是 否在正确的起飞跑道上 , 发现错误后及时通知机 组人员 , 也能避免惨剧的发生 ; 机场管理人员发 现跑道上的异物通知机组人员 , 同样可以避免事 故。在这次事故中 , 天气、机组、塔台、机场管理 因素是相互作用、密切相关的。没有上面描述事 故链中任何一个“巧合” , 事故就不会“巧合”地发 生在该机场。6 结语 通过对航空事故分析模型的研究 , 可以得出 空管人因工程既涉及管制员、飞行员及相关人员 的个体因素 , 又涉及航空运输系统各要素。 SHEL 模型和 Reason 模型以及人因失误和分析系统从 宏观系统层面对空管安全进行分析。 SHEL模型 凸显了人的因素的重要性 , 贯穿了人为因素不可 涵盖的容 , 全面地找出了发生事故的原因 , 但 是很难对这些因素进行准确的定量分析。 Reason 模型说明了事故的发生不仅仅和事故直接相关 的生产活动有关 , 还与离事故较远的其他活动和 人员有关 , 透过现象看本